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高三下册物理 机械波 逐字稿-3,294字

  师:同学们,今天我们一起来复习机械波。机械振动在介质中的传播形成机械波,它需要两个条件:波源和介质。当质点的振动方向与波的传播方向互相垂直时,这种机械波称为横波;当质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上时,称为纵波。

  简谐运动是机械振动中最简单、最基本的形式。简谐运动在介质中传播形成的波,我们称为简谐波。简谐波的波动图像是一条正弦曲线,所以简谐波也叫正弦波。在简谐运动中,我们学习了振幅、质点振动的周期或频率、质点偏离平衡位置的位移、质点振动的速度、加速度、回复力等物理量。

  在机械波中,我们继续学习波长和波的传播速度。波长是波在一个周期内传播的距离。波长、周期、波速之间的关系为:波速等于波长除以周期,或者等于波长乘以频率。波在介质中传播的频率由波源的振动频率决定,波的传播速度由介质决定,这两者共同决定波长大小。

  在波动图像上,我们能判断某一质点在该时刻偏离平衡位置的位移,也能判断该质点此时的加速度方向。那么,质点的振动速度方向如何判断呢?这里要注意有两个速度:质点的振动速度和波的传播速度。判断这两个方向有以下几种方法:

  首先是带动法。根据波的产生原理,前面的点带动后面的点。当波沿x轴正方向传播时,要判断某质点的振动方向,就看它前一个质点。若前一个质点在它上方,说明该质点此时往上振动。

  第二种方法是微平移法。取一小段时间,算出波在这段时间向前传播的距离,把波向前平移一小段距离。判断某质点的振动方向,只需看经过这极小段时间后该质点在什么位置,若在上方,说明该质点沿y轴正方向振动。

  第三种方法是上下坡法。波沿x轴正方向传播时,“下坡往上看,上坡往下看”,利用这个简便方法可判断质点的振动方向。

  最后一种方法是同侧法。质点的振动方向和波的传播方向在波动图线的同一侧,据此可判断质点的振动方向。

  再来看波动图像与振动图像的区别。振动图像横坐标是时间,波动图像横坐标是位置,它们物理意义不同。振动图像表示某一个质点在各个时刻偏离平衡位置的位移,波动图像反映各个质点在某一时刻偏离平衡位置的位移。通俗来讲,振动图像就像一个同学跳舞,用摄像机拍下的过程;波动图像则像很多同学一起跳舞时拍的一张照片。

  从图像上我们能获得哪些信息呢?在振动图像上,可直接读出振动周期、质点振动的振幅,还能得到质点在某一时刻的位移大小及方向、质点的振动方向、加速度方向。在波动图像上,可直接得到波长、振幅,也能得到任意一个质点在该时刻偏离平衡位置的位移、振动方向、加速度方向。随着时间推移,振动图像往后延续,已有形状不变;波动图像则是波形沿着传播方向平移。下面我们来看几个例题,同学们先自己思考一下。

  例1:甲图是t = 2秒时刻的波形图,乙图是质点p的振动图像。先在乙图找到t = 2秒时p点的振动方向,在振动图像中判断振动方向看下一个时刻,此时该点往上,说明振动方向沿y轴正方向。

  再在波动图像中标出p点t = 2秒时的振动方向,用带动法,该质点往上振动,其左侧点在上方,带动它振动,说明波向右传播,即沿x轴正方向传播,A选项正确。

  根据波速公式v = λ / T,从波动图像读出波长为4米,从振动图像读出周期为4秒,可得波速为1米每秒。

  C选项,t = 3.5秒时刻质点q经过平衡位置。已知波形图是t = 2秒时刻的,经过1.5秒后,根据Δx = v × Δt,波向正方向传播1.5米,意味着2米处质点的振动情况传播到了q质点,所以q质点在3.5秒时刻在平衡位置,且沿y轴正方向振动。

  D选项,t = 0时刻质点q的速度方向和加速度方向均沿y轴负方向。要倒推,t = 2秒时波形图,2秒平移了2米,看5.5米处质点的情况,利用带动法,其速度方向向上,加速度方向与偏离平衡位置位移方向相反,向下指向平衡位置,所以速度方向判断错误。这题答案是ABC。

  例2:题目交代波沿x轴正方向传播,在波形图上标出传播方向。又知周期大于0.5秒,即波长大于x,x小于一个波长。以波峰特殊点看,波向前传播到4米处质点,传播距离为3米,用时0.5秒,波速为6米每秒。根据v = λf,可求出波的频率为1.5赫兹,波长从波形图读为4米,C选项正确。

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